Segundo Semestre de 2013 - ic.unicamp.brlee/mc102/aula15.pdf2 Exemplos de recurs~ao com vetores e...

Algoritmos e Programacao de Computadores

Instituto de Computacao

UNICAMP

Segundo Semestre de 2013

Roteiro

1 Exemplos simples de recursao

2 Exemplos de recursao com vetores e strings

3 Torre de Hanoi

Instituto de Computacao (UNICAMP) MC102 Segundo Semestre de 2013 2 / 35

Soma

Soma de dois numeros inteiros nao negativos, x e y , usando apenasincrementos (++) e decrementos unitarios (--).

int soma(int x, int y) {

if (y == 0)

return x;

else

return soma(++x, --y);

}


Multiplicacao

Multiplicacao de dois numeros inteiros positivos, x e y , usando apenassomas.

int mult(int x, int y) {

if (y == 1)

return x;

else

return mult(x, y - 1) + x;

}


Soma de valores pares

Soma de todos os inteiros positivos pares menores ou iguais a um valorinteiro n.

int somapar(int n) {

if (n == 0)

return 0;

else

if (n % 2 == 0)

return somapar(n - 2) + n;

else

return somapar(n - 1);

}


Soma de valores pares

Soma de todos os inteiros positivos pares menores ou iguais a um valorinteiro n.

int somapar2(int n) {

if (n == 0)

return 0;

else

return somapar2(n - 2) + n;

}

int somapar(int n) {

if (n % 2 == 0)

return somapar2(n);

else

return somapar2(n - 1);

}


Produtorio

Calculo do produtorion∏

i=mi = m× (m + 1)× (m + 2)× · · · × n, tal que m

e n sao inteiros tais que m ≤ n.

int produtorio(int m, int n)

if (m == n)

return m;

else

return m * produtorio(m + 1, n);

}


Produtorio

Calculo do produtorion∏

i=mi = m× (m + 1)× (m + 2)× · · · × n, tal que m

e n sao inteiros tais que m ≤ n.

int produtorio(int m, int n)

if (m == n)

return m;

else

return produtorio(m, n - 1) * n;

}


Potencia

Calculo do valor de kn, onde n e um numero inteiro nao negativo.

kn =

{1, se n = 0

k × kn−1, caso contrario

double potencia(double k, int n) {

if (n == 0)

return 1;

else

return k * potencia(k, n - 1);

}


Potencia

Neste caso, a solucao iterativa e mais eficiente.


double p = 1;

int i;

for (i = 1; i <= n; i++)

p = p * k;

return p;

}

O laco de repeticao e executado n vezes.

Na solucao recursiva, n chamadas sao realizadas, entretanto, ha ocusto adicional para criacao/remocao de variaveis locais na pilha.


Potencia

Podemos definir kn de uma forma diferente:

kn =

1, se n = 0

kn/2 × kn/2, se n for positivo e par

k × kbn/2c × kbn/2c, se n for positivo e ımpar

Note que definimos a solucao do caso mais complexo em termos de casosmais simples. Usando esta definicao podemos implementar uma funcaoiterativa ou recursiva, ambas mais eficientes que as versoes anteriores.


Potencia


if (n == 0)

return 1;

else

if (n % 2 == 0)

return potencia(k, n / 2) * potencia(k, n / 2);

else

return k * potencia(k, n / 2) * potencia(k, n / 2);

}


Potencia


double aux;

if (n == 0)

return 1;

else {

aux = potencia(k, n / 2);

if (n % 2 == 0)

return aux * aux;

else

return k * aux * aux;

}

}


Potencia

Na nova versao do algoritmo, a cada chamada recursiva, o valor de ne dividido por 2. Ou seja, a cada chamada recursiva, o valor de ndecai para pelo menos a metade.

Usando divisoes inteiras, faremos no maximo blog2 nc+ 2 chamadasrecursivas.

Por outro lado, a funcao iterativa original executa o laco n vezes.


Soma dos dıgitos de um inteiro

Soma dos dıgitos de um numero inteiro positivo.

int soma_digitos(int n) {

if (n < 10)

return n;

else

return soma_digitos(n / 10) + (n % 10);

}


Maximo Divisor Comum

O algoritmo de Euclides para o calculo do Maximo Divisor Comum entredois numeros inteiros nao negativos x e y pode ser resumido na seguinteformula:

mdc(x , y) =

{x , se y = 0

mdc(y , x mod y), se y > 0


Maximo Divisor Comum (versao iterativa)

int mdc(int x, int y) {

int aux;

while (y > 0) {

aux = y;

y = x % y;

x = aux;

}

return x;

}


Maximo Divisor Comum (versao recursiva)

int mdc(int x, int y) {

if (y == 0)

return x;

else

return mdc(y, x % y);

}


Maior elemento de um vetor

Maior elemento de um vetor v de n > 0 numeros inteiros.

int max(int v[], int n) {

int x;

if (n == 1)

return v[0];

else {

x = max(v, n - 1);

if (x > v[n - 1])

return x;

else

return v[n - 1];

}

}


Numero de caracteres de uma string

Calcula numero de caracteres de uma string.

int strlen(char *s) {

if (*s == ’\0’)

return 0;

else

return strlen(s + 1) + 1;

}


Comparacao de strings

Compara duas strings e retorna 0 se as strings sao iguais, um valornegativo se a primeira string e lexicograficamente menor que a segunda ouum valor positivo se a primeira string e lexicograficamente maior que asegunda.

int strcmp(char *s, char *t) {

if ((*s != *t) || (*s == ’\0’))

return *s - *t;

else

return strcmp(s + 1, t + 1);

}


Busca de um caractere em uma string

Funcao que busca um caractere em uma string e retorna o ponteiro paraele (caso encontre).

char * strchr(char *s, char c) {

if (*s == c)

return s;

else

if (*s == ’\0’)

return NULL;

else

return strchr(s + 1, c);

}


Busca de um caractere em uma string

Funcao que busca um caractere em uma string e retorna o ponteiro paraele (caso encontre).

char * strchr(char *s, char c) {

if (*s == c)

return s;

if (*s == ’\0’)

return NULL;

return strchr(s + 1, c);

}


Copia de strings

Funcao que retorna uma copia da string t na string s.

void strcpy(char *s, char *t) {

*s = *t;

if (*s)

strcpy(s + 1, t + 1);

}


Palındromo

Verifica se uma string e um palindromo.

int palindromo(char *s, int n) {

if (n <= 1)

return 1;

else

if (s[0] != s[n - 1])

return 0;

else

return palindromo(s + 1, n - 2);

}


Palındromo

Verifica se uma string e um palindromo.

int palindromo(char *s, int n) {

if (n <= 1)

return 1;

if (s[0] != s[n - 1])

return 0;

return palindromo(s + 1, n - 2);

}


Impressao de uma string em ordem inversa

Imprime string em ordem inversa.

void imprime_reversa(char *s) {

if (*s) {

imprime_reversa(s + 1);

printf("%c", *s);

}

}


Impressao

O que sera impresso pela chamada imprimir(5)?

void imprimir(int i) {

int j;

if (i > 0) {

imprimir(i - 1);

for (j = 1; j <= i; j++)

printf("*");

printf("\n");

}

}

*

**

***

****

*****


Torre de Hanoi

Considere n discos de diametros diferentes colocados em um pino A.

O problema da Torre de Hanoi consiste em transferir os n discos dopino A para o pino C, usando um pino B como auxiliar.

Entretanto, deve-se respeitar algumas regras:I Apenas o disco do topo de um pino pode ser movido.I Nunca um disco de diametro maior pode ficar sobre um disco de

diametro menor.

O problema foi descrito pela primeira vez no ocidente em 1883 pelomatematico frances Edouard Lucas, baseado numa lenda hindu, ondeBrahma havia ordenado que os monges do templo de KashiVishwanath movessem uma pilha de 64 discos de ouro, segundo asregras previamentes descritas.

Quando todos os discos tivessem sido movidos, o mundo acabaria.


Torre de Hanoi

Vamos usar inducao para obter um algoritmo para este problema.

Teorema

E possıvel resolver o problema da Torre de Hanoi com n discos.


Torre de Hanoi

Prova.

Base da Inducao: n = 1. Neste caso, temos apenas um disco. Bastamover este disco do pino A para o pino C.

Hipotese de Inducao: Sabemos como resolver o problema quando han − 1 discos.

Passo de Inducao: Devemos resolver o problema para n discosassumindo que sabemos resolver o problema com n − 1 discos.

Por hipotese de inducao, sabemos mover os n − 1 primeiros discos dopino A para o pino B usando o pino C como auxiliar.

Depois de movermos estes n − 1 discos, movemos o maior disco (quecontinua no pino A) para o pino C.

Novamente, pela hipotese de inducao, sabemos mover os n − 1 discosdo pino B para o pino C usando o pino A como auxiliar.

Com isso, temos uma solucao para o caso em que ha n discos.


Torre de Hanoi

Como solucionar o problema de forma recursiva:

1 Se n = 1 entao mova o unico disco de A para C.

2 Caso contrario (n > 1) desloque de forma recursiva os n− 1 primeirosdiscos de A para B, usando C como auxiliar.

3 Mova o ultimo disco de A para C.

4 Mova, de forma recursiva, os n − 1 discos de B para C, usando Acomo auxiliar.


Torre de Hanoi

#include <stdio.h>

void hanoi(int n, char inicial, char final, char auxiliar) {

if (n == 1)

printf("Mova o disco %d do pino %c para o pino %c\n", n, inicial, final);

else {

hanoi(n - 1, inicial, auxiliar, final);

printf("Mova o disco %d do pino %c para o pino %c\n", n, inicial, final);

hanoi(n - 1, auxiliar, final, inicial);

}

}

int main() {

int n;

printf("Entre com o numero de discos: ");

scanf("%d", &n);

hanoi(n, ’A’, ’C’, ’B’);

return 0;

}


Torre de Hanoi

Solucao para 4 discos:

Mova o disco 1 do pino A para o pino B

Mova o disco 2 do pino A para o pino C

Mova o disco 1 do pino B para o pino C


Mova o disco 1 do pino C para o pino A

Mova o disco 2 do pino C para o pino B




Mova o disco 2 do pino B para o pino A

Mova o disco 1 do pino C para o pino A






Torre de Hanoi

Seja T (n) o numero de movimentos necessarios para mover umapilha de n discos.

Claramente temos que:

I T (1) = 1I T (n) = 2T (n − 1) + 1

O que nos permite deduzir que:

I T (2) = 2T (1) + 1 = 3I T (3) = 2T (2) + 1 = 7I T (4) = 2T (3) + 1 = 15I T (5) = 2T (4) + 1 = 31I · · ·I T (n) = 2n − 1

No caso de 64 discos sao necessarios 18.446.744.073.709.551.615movimentos ou, aproximadamente, 585 bilhoes de anos, se cadamovimento puder ser feito em um segundo.


Segundo Semestre de 2013 - ic.unicamp.brlee/mc102/aula15.pdf2 Exemplos de recurs~ao com vetores e...

Documents

Transcript of Segundo Semestre de 2013 - ic.unicamp.brlee/mc102/aula15.pdf2 Exemplos de recurs~ao com vetores e...